古い考え: 私たちが依存している発電所や送電網の多くは、何十年も前から存在しています。 アンドリューハート/フリッカー, のCC BY-SA
電力網は、大陸全体にまたがる驚くべき機械の統合システムです。 全米工学アカデミーはこれを、 最高のエンジニアリング業績 20th世紀の 
しかし、高価でもあります。 私の分析によると、発電所、電線、変圧器、電柱で構成される米国の送電網の現在の（減価償却）価値は、およそ 1.5 兆ドルから 2 兆ドルです。 これを置き換えるには約5兆ドルの費用がかかる。
これは、すでに数兆ドルの埋没資本を抱えている米国の電力インフラが、現状を維持するためだけに、間もなく多額の継続投資が必要になることを意味する。 第二次世界大戦後の数十年間に電力部門が急速に拡大する中で建設された発電所は、現在では築40年以上経過し、長い間返済を続けてきたため、おそらく交換が必要になるでしょう。 実際、米国土木学会はエネルギーインフラ全体に新たな権限を与えたばかりです。 ギリギリ合格点D+。
現政権はインフラへの多額の投資を明言しており、電力システムに関して多くの疑問が生じている。将来のエネルギー網はどのようなものであるべきなのか？ どうすれば低炭素エネルギー供給を実現できるのでしょうか? 費用はいくらかかりますか?
インフラ整備は国民の支持を集められる課題となりそうだ 通路の両側。 しかし、支出に関して適切な決定を下すには、まず既存の電力網の価値を理解する必要があります。
現在の移行状況
電力網は数十年続くことを目的としていますが、システム全体が XNUMX 秒ほどの短い時間スケールで需要と供給のバランスを細かく調整する必要があることを認識している人はほとんどいません。 家の照明、ラップトップの操作、またはエアコンの稼働に使用されるあらゆるワットの電力は、主に発電機で磁石を回転させる燃料を燃やすことによって、さまざまな場所で同時に生成されます。 送電網には基本的に電力を貯蔵する機能はありません。 代わりに、ほとんどのエネルギーは石炭、天然ガス、核生成物、ダムの後ろの水などの燃料に貯蔵され、リアルタイムで電力に変換される指令を待っています。
米国のすべての発電所の位置と減価償却状況。 ジョシュア・ローズ、EIA Form 860 データ。
近年、私たちが力を得る場所は劇的に変化しました。 最も古い発電機は大規模な発電所で、その多くは米国東部にあります。最近追加された発電機は、屋上のソーラー パネルや風力発電所など、小規模でより分散したものです。 一部の専門家は、中央発電所ではなくネットワークの端に沿って、電力消費場所に近い、より分散型の発電を行うこのモデルは、 新しい規範.
今後は、これまでと同じ方法でグリッドを再構築するか、同じサービスを低コストで提供できる新しいテクノロジーに投資することができます。 より低いコストで.
どうすればもっときれいにできるでしょうか? グリッドを使えばできると考える人もいる 完全に再生可能エネルギー源で稼働。 エネルギーシステム全体を「脱炭素化」、つまり炭素排出量を削減する最善の方法は、 普及した電化 産業および運輸部門.
しかし、そのような移行にかかる費用に答えるには、次のことを知る必要があります。現在の送電網の費用はいくらでしょうか? 私たちがすでに地面に設置しているコンクリート、鉄鋼、シリコンなどは現在いくらですか? 将来のビジョンに取り組んでいる政策立案者や計画立案者に情報を提供するために、私はその質問に答えることにしました。
グリッドを構成するものは何ですか?
この演習では、「グリッド」を次の部分に限定しました。
- 発電所
- 長距離に電力を輸送する高圧および低圧送電線
- 建物やその他のエンドポイントに電力を直接供給する配電線
- 送電網に電力を供給するための変電所
- 配電網上の変電所
- 配電網の電圧を変更する変圧器
この計算では、家の中の電線、家や建物の分電盤のメーター、電気を消費する最終用途のデバイスなど、グリッドの追加の必要なコンポーネントは除外されます。
さまざまな公開報告書を精査し、新しい建設の最新の見積もりと減価償却費の見積もりの標準的なアプローチを使用して、発電、送電、配電に関する国の資産の価値を定量化しました。
これらの発電所の合計容量は約 1.15 テラワットです。 これは約1,000基の原子炉の発電能力に相当する（米国には現在約100基ある）。 ご想像のとおり、交換には多額の費用がかかります。 発電所だけでも、再調達価額は 2.7 兆 1 億ドル近く、減価償却価額、つまりおおよその現在価値は 56 兆ドル近くになります。 全体の値の内訳は、発電所が約 9%、送電システムが 35%、配電システムが XNUMX% です。
米国の電力インフラの更新価格と減価償却価格の内訳。 EIA を含む基礎となるデータ ソースの多くは、UT-Austin Energy Institute の電力総コスト調査で最近利用されたものと同じです。 当社では、予想耐用年数の終了時に初期コストの 15% のスクラップ価値で終了する、簡素化された定額減価償却スケジュールを使用しました。 ジョシュアロード
今後どのような道を進むのでしょうか？
よりクリーンなエネルギーの未来を望むなら、そこに到達するための道は複数あります。 ただし、私は、既存のインフラストラクチャを重複させるのではなく、最大限に活用するのが最も安価で可能性の高い方法であると仮説を立てています。 最も「プラグ アンド プレイ」な経路の XNUMX つは (そして今日私たちが目にしているのは)、既存の電線、電柱、水道インフラを使用できる発電所での石炭火力発電からガス火力発電への転換です。
スペクトルの対極にある水素経済では、新しい種類のテクノロジーへの新たな巨額投資が必要となるため、現在私たちが持っているものの活用は少なくなります。 たとえば、水素を生成して貯蔵する場所を建設する必要があります。 一方で、より回復力と持続可能性が高まる可能性もあります。
年齢を示す: 送電線をアップグレードすれば、太陽光発電や風力発電による電力を国の遠隔地から人々がいる場所に届けることができ、送電網がよりクリーンになり、価格が下がる可能性があります。 インディゴスキー/フリッカー, CC BY-NC-ND
インフラ投資に有望と思われる分野の XNUMX つは、大規模送電網のアップグレードです。 これらのアップグレードにより、米国の地域間での電力の流通が可能になり、州間高速道路システムが国全体の事業コストを削減したのと同様のことになるでしょう。 私たちの広大な国全体に商品やサービスを輸送するのにかかる時間を大幅に短縮しました.
米国には、より安く電力を生産できる地域があります。 他の地域に比べて環境への影響が少ない。 風力や太陽光資源が豊富な国内の地域に送電線を拡張すると、ユーザーに非常に低コストの電力を提供できます。 問題は、これらの地域が常に人々のいる場所ではないということです。そのため、この電力を人々に届けるためには、強力な送電ネットワークが必要です。
配電網（建物に電力を直接供給する送電網の一部）も、送電網の運用に大きな追加コストをかけずに、より多くの太陽光発電を統合できます。 しかし、太陽光発電の容量がローカルネットワーク上の電力需要の一定の割合（場所によって異なります）に達すると、 さらに多くの費用が発生する.
最終的には常に消費者、つまり納税者がこれらのアップグレード プロジェクトの費用を支払うことになりますが、メリットがコストを上回る可能性があります。 テキサス州の電力網の拡大により、 負荷中心に到達するためのより多くの風力発電 天然ガス価格の下落とともに、卸電力市場のコストも低下した。 それらのより低いコストは、 料金支払い者に渡される.
投資を必要としない道はありません。私たちが持っているものを維持するだけでも、今後 XNUMX 年間で数兆ドルとは言わないまでも、数千億ドルの費用がかかるでしょう。 さらに大きな問題は、この素晴らしいグリッドの置き換えと再構築を続ける中で、どのテクノロジーに焦点を当てるべきなのかということです。
著者について
ジョシュアD.ロードス、ポスドク研究員、エネルギー、 テキサス大学オースティン校
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